Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Självständigt arbete på avancerad nivå Independent degree project − second cycle
Elkraft Jordning Jordningssystem av vindkraftpark i bergig terräng Utformning av teknisk riktlinje för jordning av vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av jordningssystem. Tomas Wiklund
MITTUNIVERSITETET Institutionen för informationsteknologi och medier (ITM) Examinator: Professor Bengt Oelmann, [email protected] Handledare: Docent Kent Bertilsson, [email protected] och Stig Westman, Eurocon Engineering AB, [email protected], Daniel Thorin, Eurocon Engineering AB, [email protected] Författarens e-postadress: [email protected] Utbildningsprogram: Civilingenjör i elektroniksystem, 300 poäng Omfattning: 14310 ord inklusive bilagor Datum: 2018-08-31
Examensarbete inom Elektroteknik D, EL007A, 30 poäng
Jordningssystem av vindkraftpark i bergig terräng
Utformning av teknisk riktlinje för jordning av vindkraftsparker i bergig terräng genom modellering
av jordningssystem.
Tomas Wiklund
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Sammanfattning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
ii
Sammanfattning Projektet syftar till att skapa en teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsanläggningar i bergig och varierande terräng. Som ska kunna
användas vid nybyggnation för att ge person- och maskinsäkra samt
kostnadseffektiva jordningssystem. Riktlinjen ger förslag på hur
jordningssystem kan modelleras för att beräkna approximativa värden
av resistiviteten mot sann jord, kallad jordtagsvärde. Modeller för
stationsjordtag, längsgående jordlina och jordspett. En litteraturstudie
har genomförts där webbpublicerade artiklar och litteratur sammanställts.
Utifrån litteraturstudien har modellerna framtagits och verifierats med
mätningar på befintligt jordningssystem vid Mörttjärnbergets
vindkraftpark. Modellerna för längsgående jordlinenät ger olika resultat
per modell och formler. Modellen för stationsjord ger följande resultat:
1,77 - 3,94 Ω för Bräcke kopplingsstation och 20,53 - 34,12 Ω före
komplettering med extra jordtag och 1,09 Ω – 2,47 Ω efter för
Mörttjärnbergets transformatorstation. Mätning av Bräcke
kopplingsstation gav 2,8 Ω och för Mörttjärnbergets
transformatorstation 31 Ω före komplettering och 1,3 Ω efter.
Litteraturstudien visar att en godkänd anläggning skall vara jordad att
inga farliga spänningar uppstår, 600 V. Detta uppnås med ett visst
högsta jordtagsvärde. Intervallet i resultatet av modellerna, kommer till
största del från variansen i uppskattning av markresistiviteten och bör
utredas vidare. Om ett förhållande mellan markresistiviteten i
bottenlagret där jordlinor placeras och markresistiviteten i ytlagret
identifieras, får modellerna en mindre spridning och kan användas för
beräkning av approximativa jordtagsvärden. Vidare bör modellerna
verifieras mot mindre parker än 37 verk med exempelvis en park med 5-
10 verk.
Nyckelord: Jordtagsvärde, steg- och beröringsspänningar, vindkraftpar-
ker, jordtag och stationsjord.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Abstract
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
iii
Abstract The project aims to create a technical guideline for grounding of wind
farms in rocky and hilly terrain. To be used in new constructions to pro-
vide physical and property safe and cost-effective grounding systems.
The guideline will provide suggestions on how the grounding system
can be modeled to calculate approximate values of the resistivity against
the true earth. The models are for electrical substation and longitudinal
ground wire and ground spike. A literature study has been conducted
where web-published articles and literature has been compiled. The
models are then verified with measurements of the existing grounding
system at Mörttjärnberget’s wind farm. Based on the literature study has
two modeled for grounding of electrical substations and longitudinal
ground wire been developed, based on different theories and formulas.
Models for longitudinal ground line gives different results for each
model and formulas. The model for the substation ground gives the fol-
lowing results: 1.77 to 3.94 Ω for Bräcke switching station and from
20.53 to 34.12 Ω before supplementation and 1.09 Ω - 2.47 Ω after for
Mörttjärnberget’s substation. Measurement of Bräcke switching station
gave 2.8 Ω and 31 Ω before supplementation and 1.3 Ω after the
Mörttjärnberget’s substation. The literature shows that an approved
substation must be grounded on terms that no dangerous voltages oc-
curs, 600 V. This is achieved with a certain maximum earth resistance
value of the grounding system. The range in the results of the models
comes mainly from the variance in the estimate of the resistivity. How
the resistivity is different in different soil layers should be investigated
further. If a relationship between the resistivity of the bottom layer
where the ground wires are placed and the resistivity of the surface
layer is identifiable, the results would have a smaller spread and can be
used to calculate the approximate earth resistance values. Furthermore,
the models should be verified with smaller wind farms than 37 mills, for
example 5-10 mills.
Keywords: Ground resistance value, step and touch voltages, wind
farms, earth electrode and grounding of substation.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Förord
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
iv
Förord Examensarbetet ”Jordningssystem i bergig terräng” har i huvudsak ut-
förts på Eurocons kontor i Sundsvall. Där Stig Westman och Daniel Tho-
rin har varit mina handledare.
Jag vill speciellt tacka dessa personer för all ovärderlig hjälp till mitt ar-
bete samt Johan Westman som ordnat fram detta examensarbete. Jag vill
även tacka alla medarbetare på Eurocons kontor i Sundsvall för använd-
bara råd och hjälp samt ett trevligt bemötande.
Slutligen vill jag även tacka min underbara familj för deras stöd under
min utbildning.
Sundsvall, maj 2013
Tomas Wiklund
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Innehållsförteckning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
v
Innehållsförteckning SAMMANFATTNING _________________________________________ II
ABSTRACT __________________________________________________ III
FÖRORD ____________________________________________________ IV
INNEHÅLLSFÖRTECKNING __________________________________ V
TERMINOLOGI _______________________________________________ X
Ordförklaring _________________________________________________ x
Bolagsintressenter _____________________________________________xi
1 INLEDNING _______________________________________________ 1
1.1 Bakgrund och problemmotivering __________________________ 1
1.2 Övergripande syfte ________________________________________ 2
1.3 Avgränsningar ____________________________________________ 2
1.4 Konkreta och verifierbara mål ______________________________ 3
1.5 Översikt __________________________________________________ 3
1.6 Författarens bidrag ________________________________________ 3
2 BAKGRUNDSMATERIAL __________________________________ 4
2.1 Allmänt __________________________________________________ 4
2.2 Berörings- och stegspänning ________________________________ 5
2.2.1 Elsäkerhet och individers behandling vid olycka samt tillbud __ 7
2.2.2 Jordning ________________________________________________ 7
2.2.3 Ytjordtag ________________________________________________ 8
2.2.4 Djupjortag _______________________________________________ 8
2.2.5 Fundamentjordtag ________________________________________ 8
2.3 Allmänt elkraftssystem ____________________________________ 8
2.3.1 Svenska elnätet __________________________________________ 8
2.4 Direkt- och indirektjordning ______________________________ 11
2.5 Felströmmar _____________________________________________ 12
2.5.1 Brytare _________________________________________________ 13
2.5.2 Frånskiljare _____________________________________________ 14
2.5.3 Arbetsjordning __________________________________________ 15
2.6 Markresistivitet __________________________________________ 16
2.7 Lagar och föreskrifter _____________________________________ 18
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Innehållsförteckning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
vi
2.7.1 Starkströmsförordningen och elsäkerhetsföreskrifterna _______ 18
2.8 Standarder _______________________________________________ 19
2.8.1 Standarder och regler som berör detta projekt _______________ 20
2.9 Uppbyggnad av vindkraftparken vid Mörttjärnberget ________ 22
2.10 Internt elnät och längsgående jordlinenät __________________ 23
3 METOD __________________________________________________ 24
3.1 Modellering _____________________________________________ 24
3.2 Utvärderingstest starkströmsmetoden ______________________ 25
3.2.1 Mätning av Bräcke station ________________________________ 26
3.2.2 Mätning av Mörtjärnbergets transformatorstation. ___________ 28
4 MODELLER _______________________________________________ 29
4.1 Modell stationsjord _______________________________________ 29
4.1.1 Bräcke kopplingsstation __________________________________ 32
4.1.2 MTB transformatorstation före komplettering _______________ 34
4.1.3 MTB transformatorstation efter komplettering ______________ 35
4.2 Modeller längsgående jordlinenät __________________________ 37
4.2.1 Modell längsgående jordlinenät 1 __________________________ 38
4.2.2 Modell längsgående jordlinenät 2 __________________________ 40
4.2.3 Modell längsgående jordlinenät 3 __________________________ 42
4.2.4 Modell längsgående jordlinenät 4 __________________________ 43
5 RESULTAT _______________________________________________ 46
5.1 Modeller ________________________________________________ 46
5.2 Mätning av Bräcke station. ________________________________ 49
5.3 Första mätningen av MTB station __________________________ 50
5.4 Andra mätningen av MTB station __________________________ 54
5.5 Mätning av längsgående jordlinenät. _______________________ 54
5.6 Mätning av markresistivitet _______________________________ 54
5.7 Godkända beröringsspänningar och mätning av dessa _______ 56
5.8 Riktlinjen _______________________________________________ 58
6 DISKUSSION _____________________________________________ 59
7 SLUTSATSER _____________________________________________ 63
KÄLLFÖRTECKNING ________________________________________ 66
BILAGA A: OMRÅDESBESKRIVNING ________________________ 70
BILAGA B: KABELLÄNGDER TILL MODELL 1 OCH 2. __________ 71
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Innehållsförteckning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
vii
BILAGA B: KABELLÄNGDER TILL MODELL 1. ________________ 72
BILAGA C: RESISTANSBERÄKNINGAR UTIFRÅN
KABELLÄNGDER TILL MODELL 3. ___________________________ 73
BILAGA D: FREEMAT KOD TILL MODELL 4. __________________ 80
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Innehållsförteckning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
viii
BILAGA E. RIKTLINJE
_____________________________________________________________ 88
SAKREGISTER ______________________________________________ 93
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Innehållsförteckning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
ix
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Terminologi
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
x
Terminologi Ordförklaring
Ord Beskrivning
Sann jord Jordens ledande massa, vars elektriska potential
antas som noll.
Jordning Elektrisk ledande förbindelse mellan anläggnings-
del med omgivande mark.
Funktionsjordning Jordning för att avleda blixtström och 50-periodig
felström, utfört för att säker frånkoppling kan ske.
Skyddsjordning Jordning av elektriskt ledande del som normalt
inte skall vara spänningsförande, för personskydd
mot berörings- och stegspänningar.
Jordtag Elektriskledare förlagd i mark ämnad att skapa en
elektriskt ledande förbindelse med inneslutande
marklager.
Ytjordtag Jordtag förlagd parallellt med jordytan med ett
djup ned till ca 1 m.
Djupjordtag Jordtag förlag vertikalt i mark med ett djup större
än ca 1 m.
Jordledare Elektriskt ledande förbindelse mellan jordtag och
del i den fasta installationen för jordningsändamål.
Stamnät Det svenska stamnätet är det elnät som knyter
ihop olika regioners elnät med varandra och består
av 220 kV och 400 kV kraftledningar och kraft-kab-
lar. Det ägs och drivs av det statliga affärsverket
Svenska kraftnät (SVK).
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
Terminologi
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
xi
MTB Mörttjärnberget.
KL1 SVK:s första 220 kV kraftledning, dragen mellan
Krångede i Ragunda kommun och Horndal i
Avesta kommun via Ljusdal. Den nominella spän-
ningen är 220 kV.
KL19 SSVEAB:s 220 kV kraftledning mellan Mörttjärn-
bergets transformatorstation och KL1:s nybyggda
kopplingsstation Bräcke.
Bolagsintressenter
Benämning Beskrivning
SCA SCA AB, hygien- och skogsindustribolag.
Statkraft Statkraft Sverige AB, norska statens energibolag i
Sverige.
SSVAB Statkraft SCA Vind AB, ägare av vindkraft-par-
kerna Mörttjärnberget, Stamåsen, Björkhöjden och
Ögonfägnaden. Ägarförhållande: Statkraft
60 % och SCA 40 %.
SSVEAB Statkraft SCA Vind Elnät AB, bolag för KL19,
220 kV kraftledning mellan Mörttjärnbergets trans-
formatorstation och kopplingsstation Bräcke vid
befintligt stamnätskraftledning KL1.
Eurocon Eurocon Engineering AB, bolag i uppdrag från
SSVAB och SSVEAB att projektera delar av vind-
kraftsparkerna och kraftledning KL19.
SVK Det statliga affärsverket Svenska kraftnät äger och
driver det svenska stamnätet vilket vindkraftpar-
ken Mörtjärnberget är kopplat mot.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
1 Inledning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
1
1 Inledning 1.1 Bakgrund och problemmotivering
Att den svenska elkonsumtionen ökar snabbare än produktionen är ett
faktum. Sveriges elproduktion klarar inte att själv förse konsumenterna
med elenergi alla dagar om året. Kalla dagar vintertid tvingas Sverige
att importera el från utlandet, vilket pressar elpriset uppåt.
Det stigande elpriset innebär för elenergikrävande industriföretag som
SCA en ökad kostnad vilket minskar deras konkurrenskraft gentemot
andra aktörer i hygien- och skogsproduktbranschen. För att kunna fort-
sätta vara ett konkurrenskraftigt företag, har SCA beslutat att investera i
elproduktion via vindkraft som ska gå till att sänka SCA:s elenergikost-
nad. Investeringen sker i samarbete med Statkraft Sverige AB (Statkraft).
Statkraft SCA Vind AB (SSVAB) är det bolag som skapats och investe-
rad summa uppgår till 16 miljarder kronor. Vindkraftsprojekten är inde-
lade i sju vindkraftsparker i Västernorrlands- och
Jämtlandslän [1].
En av parkerna belägen vid Mörttjärnberget i Bräcke kommun kommer
att bestå av 37 vindkraftverk och kommer att kräva en nysträckning av
en 220 kV kraftledning från vindkraftparken till befintligt elnät för sam-
mankoppling. Kraftledningen, vindkraftverk samt ställverk måste jor-
das enligt gällande lagar och föreskrifter och detta på ett tillförlitligt sätt
att inga farligt höga berörings- eller stegspänningar uppstår.
Då jordningssystem från vindkraftverk och ställverk har separata jord-
ningssystem men ändå kommer att kopplas samman kan komplexitet
uppstå. Frågeställningar som uppstår i vindkraftsparken vid Mörttjärn-
berget är. Hur påverkas resistiviteten mot sann jord när hela systemet
jordas samman från alla 37 vindkraftverk via internt elnät till transfor-
matorstation? Och hur ser man till att jordningen uppfyller det givna
krav som finns, på ett inte onödigt dyrt tillvägagångssätt? Hur kan man
få approximativa värden på jordningssystemet innan det är konstruerat
och uppmätt, för att avgöra om designen är tillräcklig?
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
1 Inledning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
2
I samarbete med konsultbolaget Eurocon Enginering AB (hädanefter
endast benämnt Eurocon) som har fått i uppdrag av SSVAB att projek-
tera parken vid Mörttjärnberget och Statkraft SCA Elnät AB (SSVEAB)
att projektera en kraftledning KL19 från vindkraftsparken till befintligt
elnät. Kommer en utredning att göras i form av ett examensarbete med
en student från Mittuniversitetet av dessa problemställningar.
1.2 Övergripande syfte
Projektet syftar till att skapa en teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsanläggningar i bergig och varierande terräng. Riktlinjen
kommer att vara ett komplement till förekommande riktlinjer,
standarder och föreskrifter för hur jordning av
högspänningsanläggningar som vindkraftsparker bör göras. Riktlinjen
kommer bygga på slutsatser från modellering av jordningssystemen i
Mörttjärnberget. Riktlinjen ska kunna användas vid nybyggnation av
vindkraftparker för att ge person- och maskinsäkra samt
kostnadseffektiva jordningssystem. I riktlinjen kommer förslag på hur
jordningssystem kan modelleras ges, för att ge ett approximativt värde
av resistiviteten mot sann jord.
1.3 Avgränsningar
Studien har fokus på direktjordade system på högspänningsanläggning.
Modellerna avser felströmmar med en periodicitet av 50 Hz, övriga fre-
kvenser är inte beaktade, vilket innebär att jordning ur åskskydds syn-
punkt inte tas med. System under 1 kV (klenspänning eller lågspänning)
tas inte med. Fokus ligger också på jordning som skyddssystem, övriga
skyddsåtgärder kommer inte att behandlas. Modellerna för vindkraft-
verkens egna jordning har inte beaktats då det redan förekommer såd-
ana utredningar.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
1 Inledning
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
3
1.4 Konkreta och verifierbara mål
Den tekniska riktlinjen skall innehålla följande:
Råd för nedanstående punkter:
• Hur påverkar samjordning jordtagsvärdet (förbindelsen mot
sann jord kallas för jordtag, den resistans, mäts i Ω, och kallas
för jordtagsvärde).
• Förslag på teoretisk modellering över jordtagsresistivitet.
• Mätning av jordtagsresistans mot sann jord samt markresisti-
vitet.
1.5 Översikt
I rapporten nedan presenteras fortsättningsvis i kapitel 2 en sammanfat-
tande teoretisk bakgrund om varför jordning utförs och hur. Det besk-
rivs även om gällande lagars och föreskrifters uppbyggnad samt el-
kraftssystem. I kapitel 3 ges de metoder för hur arbetet är utfört, däref-
ter en beskrivning av de modeller som framtagits i kapitel 4. Följt utav
redovisning av resultatet i kapitel 5, innehållande redogörelse från mät-
ningar, jämförelse mellan modellerna, godkända värden samt den tek-
niska riktlinjen. Slutligen i kapitel 6 och 7 analyseras och diskuteras re-
sultatet med förslag på fortsatt fördjupning i ämnet.
1.6 Författarens bidrag
Rapporten bidrar till ökad kunskap om jordtag i bergig och kuperad ter-
räng och hur dessa kan modelleras och ge teoretiska jordtagsvärden.
Rapportens innehåll är baserat på eget sammanställt material från före-
kommande källor samt resultat ur modeller och mätningar. Med stöd
och teknisk konsultation av handledare Stig Westman och Daniel Tho-
rin.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
4
2 Bakgrundsmaterial 2.1 Allmänt
För att förstå hur olika elektriska system är jordade och hur visa system
inte alls är jordade, måste en förståelse först finnas för varför jordning
utförs. Jordningens viktigaste uppgift i alla elkraftssystem är att skydda.
Skydda mot person- och anläggningsskada från felströmmar (felaktig
genomgång av ström där den normalt inte är avsett att passera).
Personskyddet innebär att förhindra att skadliga strömmar genomgår
kroppen. Skadorna vid strömgenomgång i kroppen påverkas av ström-
mens storlek och utlösningstid. En ström genom kroppen på
100-300 mA kan ge lindriga skador om utlösningstiden är < 35 ms, mått-
liga skador vid ca 100 ms och livsfarliga skador vid > 100 ms [2]. Skad-
ligheten påverkas även om strömmen är av typen växel- eller likström,
där växelström är den farligare. För att en ström skall kunna gå genom
kroppen krävs att kroppen är i kontakt med två punkter med olika pot-
ential. Det är potentialskillnaden mellan punkterna och motståndet i
kroppen som bestämmer storleken på den ström som passerar. Krop-
pens resistivitet är inte konstant utan är olinjärt beroende av spänningen
och frekvensen av eventuell växelström, där motståndet minskar med
ökad spänning.
När det gäller anläggningsskydd innebär det att skydda känslig utrust-
ning mot att påverkas negativt av felströmmar. T ex från att gå sönder
eller för att undvika brand.
Det finns olika lösningar för att skapa dessa skydd, som brytare för att
bryta strömmen vid fel eller isolera spänningsförande delar, är två ex-
empel. Den lösning som kommer att tas upp i denna rapport är skydds-
system där eventuella skadliga strömmar leds till jord utan att passera
person eller känslig utrustning, kallat jordning, övriga skyddssystem tas
inte med i denna rapport.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
5
2.2 Berörings- och stegspänning
När en ström passera ned i mark via t ex en blixt eller av fel som utlöser
en jordningsström kommer strömmen att sprida sig i marken med lägre
strömtäthet desto längre från genomgångspunkten strömmen kommer.
Illustreras i Figur 1.
Figur 1. Strömtäthetens minskning mot avståndet.[3]
Med olika strömtätheter på olika avstånd från genomgångspunkten
uppstår potentialskillnader mellan olika punkter. Om en person eller
djur passerar där en potentialskillnad finns kan en ström passera genom
kroppen i steget när fötterna hamnar på olika potentialnivåer. Detta kal-
las för stegspänning. Vilket illustreras av den vänstra personen i Figur 2.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
6
Figur 2. Berörings- och stegspännings illustration. [4]
Stegspänning kan även uppkomma vid blixtnedslag i byggnad, träd el-
ler mark och potentialskillnad skapas när strömmen sprids i marken.
När en ström passera ned i mark från t ex en blixt eller av jordnings-
ström via ett ledande föremål t ex en kraftledningsstolpe och en person
eller djur är i kontakt med det den, kan strömmen passera genom krop-
pen ned i marken. Potentialen som då är mellan stolpen och marken där
fötterna är placerade kallas för beröringsspänning och illustreras av den
högra personen i Figur 2. Är spänningen mellan föremålet och personen
eller djuret tillräckligt stor för att jonisera luften emellan dem kan ström-
men gå genom luften och in i kroppen utan direktkontakt med föremå-
let.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
7
För att undvika farligt höga berörings - och stegspänningar vid
felstömmar kan jordning användas som skydd.
2.2.1 Elsäkerhet och individers behandling vid olycka samt tillbud
Olika människors hälsa kan påverkar hur allvarlig en eventuell ström-
genomgång kan bli.
En elanläggning placerad utanför avspärrat område, där personer och
djur kan komma i dess närhet att risk för strömgenomgång finns. Måste
utformas att personer av olika teknisk bakgrund, väl instruerad som inte
i elsäkerhet samt oberoende av användning av speciella skyddskläder
mot spänning kan säkert vistas inom närområdet. En anläggnings säker-
het får inte vara avgörande på en persons hälsa, elsäkerhetskompetens
eller skyddskläder. Utan ska kunna anses som säker oberoende vem
som vistas i dess närhet. För tillträde inom avspärrade områden kan an-
läggningsägare ha krav på elsäkerhetskompetens, hälsa samt skyddsklä-
der. Dessa krav är nödvändiga för att personer ska kunna vistas säkert i
en anläggning som medför risk för strömgenomgång.
En viktig aspekt är, om en olycka eller allvarligt tillbud skulle inträffa
inom en hög- eller lågspänningsanläggning, att alltid göra en anmälan
till arbetsmiljöverket samt att anläggningsägaren gör en internutredning
om vad som hänt och varför, detta i enlighet med arbetsmiljölagstift-
ningen. Detta skall göras helt oberoende av vilken person som utsatts
för olyckan eller tillbudet och hur allvarlig skadan blev. Detta får inte
utebli för att personen ifråga till exempel var ung och klarade sig utan
allvarliga skador, utförde annat arbete än elektriskt, för att olyckan gav
lindriga skador eller det vara ett tillbud. Det är både olagligt och kan an-
ses oetiskt.
2.2.2 Jordning
Jordning är indelat i två kategorier funktionsjordning och skyddsjordning.
Funktionsjordning är för att avleda blixtströmmar, induktiva strömmar
och skärma mot elektromagnetisk strålning. Skyddsjordning är jordning
av elektriskt ledande del av en installation som normalt inte skall vara
spänningsförande. För att leda felström direkt till jord om spänningsfö-
rande del skulle komma i kontakt med icke avsedd ledande del som t ex
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
8
metalhöljen. Jordning sker genom att installationsdel ansluts till jord via
skyddsjordledare, jordskena, jordtagsledare och jordtag, inom en bygg-
nad, eller direkt till ett jordtag. Jordskena eller jordbock som den också
kan kallas, är en gemensam kopplingsplint för all jordning inom en an-
läggning, dit kopplas all delar som skall jordas. Jordskenan är i sin tur
förbunden till ett eller flera jordtag via en kabel benämnd jordtagsle-
dare. Jordtag är en ledare vars uppgift är att skapa en förbindelse mot
jordens ledande massa och på så sätt skapa en förbindelse med nollpo-
tentialen kallat sann jord. Jordtag har olika utseenden beroende på stor-
lek på beräknade felströmmar och omkringliggande marks resistivitet.
Exempel på jordtagsutformning är:
2.2.3 Ytjordtag
Ett ytjordtag är ett jordtag förlagd parallellt med jordytan, max djup
cirka en meter. Förekommande är en blank kopparlina förlagd längsgå-
ende väg, ringar runt fundament eller som koppar- eller korrosions-
skyddade stålplattor förlagda i markytan.
2.2.4 Djupjortag
Ett djupjordtag är ett jordtag förlagt vertikalt med jordytan med ett för-
läggningsdjup över cirka en meter. Förekommande är koppar- eller kor-
rosionsskyddade stålspett neddriva i mark. Finns även varianter där
djupjordtag är neddrivna med viss vinkel.
2.2.5 Fundamentjordtag
Ett fundamentjordtag är då armeringsnät och betongkonstruktion ut-
nyttjas som jordtag.
2.3 Allmänt elkraftssystem
2.3.1 Svenska elnätet
Det svenska elnätet består av tre kategorier av elnät. Stamnät, regional-
nät och lokalnät. Stamnätet ägs och drivs av det statliga affärsverket
Svenska kraftnät (SVK) och består av 220 kV och 400 kV kraftledningar
och kraftkablar samt ställverk från norra till södra Sverige. De finns
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
9
även hopkopplingar med grannländer och överföring till Öland, Got-
land, Bornholm och Åland. Se Figur 3 för ledningskarta över det nor-
diska stamnätet.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
10
Figur 3. Det nordiska stamnätet. [5]
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
11
Stamnätet är i sin tur ihopkopplat med regionalnät som distribuerar
strömmen från stamnätet ut i Sveriges regioner och städer. Regionalnä-
ten är antingen privat- eller kommunalägda och har en spänning av 70-
130 kV. Från regionalnäten distribueras elen ut via lokalnäten till förbru-
karna.
Producenter och förbrukare kan kopplas in direkt på stamnätet, region-
alnätet eller lokalnätet beroende på effekt. Mörttjärnbergets vindkraft-
park kommer att kopplas in på SVK:s 220 kV stamnätsledning KL1 mel-
lan Krångede och Horndal.
2.4 Direkt- och indirektjordning
Elnätet är antingen indirekt- eller direktjordade. Indirekt innebär att det
är en resistans eller impedans mellan nollpunkten i transformatorn och
jordtaget. Direkt innebär att det inte är det. Indirekt har fördelen att
eventuella felströmmar begränsas av motståndet eller impedansen. Då
felströmmen vid fel kan beskrivas som att vid felpunkten gå ned i mark
och sedan via marken upp i jordtaget och till nollpunkten i transforma-
torn för att bilda en sluten krets, då kommer den att begränsas av den
resistans eller impedans mellan jordtag och nollpunkten. Motståndet
kan bestå av en resistans, reaktor eller en kombination av dessa. Indirekt
jordade system är förekommande i mellanspänning- och lokalnäten.
Högspänningsnät över 130 kV är direktjordade av ekonomiska skäl och
även lokalnäten under 0,4 kV ut till bostäder och anläggningar. I vissa
specialfall används indirektjordning i 0,4 kV nätet exempelvis i sjukhus-
salar med livsupprätthållande utrustnings där strömförsörjningen inte
får upphöra, inte ens vid jordningsfel. Även inom industrin är det före-
kommande.
SSVEAB:s 220 kV kraftledning KL19 och högspänningssida (220 kV) på
Mörttjärnbergets transformatorstations transformator är direktjordade.
Emedan lågspänningssidan (33 kV) på transformatorn är indirekt jordad
med en reaktor.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
12
2.5 Felströmmar
Fel som slutning och överledning av ström kan ske som fas till fas eller
fas till jord kallat jordningsfel. Fas till fas kan ske som två- eller trefasigt
och slutning fas till jord som enfasigt eventuellt flera faser till jord men
då uppstår även en fas till fas slutning via jord. Vid två- eller trefasig
slutning som inte går via jord går strömmen i fasledarna och begränsas
endast av dessas impedans fram till felstället samt nätets begränsningar.
Vid enfasigt jordningsfel går strömmen genom fasledaren ned i jord i
felstället, genom jordens ledande massa och upp i jordtaget i matande
transformatorstations jordtag och in i nollpunkten. Är då systemet di-
rektjordat begränsas strömmen av impedansen i jordtag, fasledare fram
till felstället samt i felstället. Är systemet istället indirekt jordat begrän-
sas strömmen av den impedans mellan jordtag och nollpunkt i transfor-
matorstationen. Ett indirekt jordat nät har den fördelen att eventuella
felströmmar begränsas tillräckligt mycket att det anses att det i felstället
inte uppkommer farligt höga steg- och beröringsspänningar.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
13
2.5.1 Brytare
För att bryta en krets vid högspänning krävs brytarkonstruktioner som
kan släcka den uppkommande ljusbågen som kommer utav att luften jo-
niseras av spänningen och blir ledande. Detta görs genom att kontakty-
torna i brytaren är omgivna av ett medium som kan släcka och kyla ljus-
bågen. Exempel på medium är SF6 gas, vakuum, olja eller tryckluft, där
olja och tryckluft är en utgången teknik. Se Figur 4 för yttre
utseende av brytare [6].
´
Figur 4. Tre-fas brytare. [7]
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
14
2.5.2 Frånskiljare
Frånskiljare är en brytningsapparat av en krets som endast ska under-
lätta underhållsarbete och ge ett synligt brytställe. Säkerhetsföreskrifter-
nas säger att för nödvändig säkerhet skall personal innan arbete påbör-
jas tydligt kunna se att anläggningen är skild från spänningsförande de-
lar. Enklaste typen av frånskiljare består av en balk med två isolatorer
förbundna med en rörlig kniv, som kan föras in eller dras ut ur en kon-
taktyta. Se Figur 5 för illustration av en frånskiljare.
Figur 5. Frånskiljare.[8]
Vid brytning av strömförande krets bryts strömmen först via brytare
och sedan via frånskiljaren. För spänningar 12 - 52 kV kan ett mellanting
förekomma mellan brytare och frånskiljare där dessa kombinerats för att
minska kostnaden, kallat lastfrånskiljare [6].
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
15
2.5.3 Arbetsjordning
Arbetsjordning är en tillfällig jordning av en vid drift ledande anlägg-
ningsdel. Den används som namnet antyder vid arbete på anläggning-
ens spänningsförande delar. Arbetsjorden ger likt frånskiljaren ett syn-
ligt brytställe men i arbetsjordens fall en synlig jordning. Förekom-
mande är att arbetsjorden är uppbyggd på liknande sätt som frånskilja-
ren med rörlig kniv och bom. Se Figur 6 där arbetsjorden är den gul-
svartfärgade bommen.
Figur 6. Brytare med tillkopplad arbetsjordning. [7]
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
16
2.6 Markresistivitet
Markens förmåga att leda ström är olika i olika typer av mark och kallas
för markresistivitet. Beroende på markens sammansättning kommer den
att ha olika resistivitet. Motståndet kan variera ända ned till mindre än
0,1 Ωm för havsvatten upp till mer än 50 000 Ωm för granit. Mineral- och
fukthalt samt temperatur påverkar resistiviteten. Ökad halt av dessa ger
minskat motstånd i marken. Att temperaturen påverkar resistiviteten in-
nebär att den kan varierar över året. Tjälfrusen mark ger markant ök-
ning mot icke frusen. Variationen kan vara i storleksordningen de
dubbla vintertid som sommartid. I Figur 7 visas markresistiviteten för
ett antal marktyper.
Figur 7. Markresistivitet i olika marktyper. [9]
Markresistivetet kan mätas med fyrpunktsmetoder som bygger på sfä-
risk potentialförändring, exempelvis Wenner metoden. Wenner meto-
den bygger på att driva en känd ström I genom två elektroder ned-
drivna i marken. Mellan dessa elektroder mäts spänningen U med två
elektroder i linje med de två strömförande. Avståndet mellan samtliga
fyra elektroder a skall vara lika, se Figur 8.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
17
Figur 8. Mätutrustningsöversikt Wenner metoden.
Resistiviteten beräknas med formeln:
𝝆 = 𝟐𝝅𝒂𝑼
𝑰 (Ωm) (1)
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
18
2.7 Lagar och föreskrifter
I och med att Sverige började elektrifieras i slutet av 1800-talet och bör-
jan av 1900-talet och företag som ASEA elektrifierade industrier och
drog nya kraftledningar inträffade olyckor orsakade av el. På grund
utav detta samt att ingen kontroll eller styrning av anläggningarna
fanns, stiftade riksdagen 1902 ellagen, för att minska olyckor och få
bättre kontroll på elanläggningar. Ellagen bestämmer bland annat om
vad svag- och starkströmsanläggning är, koncession, nättariffer, skyddsåtgär-
der, skadeståndsansvar, elsäkerhetsåtgärder. Svagströmsanläggning in-
nebär anläggning anpassad för en spänning av högs 1 kV växelström el-
ler 1,5 kV likström, starkströmsanläggning avser anläggning över svag-
strömsanläggningens nivåer. Koncession innebär tillståndet att dra fram
och bruka elnät eller starkströmsledning. Nättariff innebär den avgift
som tas ut för överföring av el. Ellagen från 1902 är idag ersatts av ella-
gen från 1997 [9],[10].
2.7.1 Starkströmsförordningen och elsäkerhetsföreskrifterna
Ellagen ger regeringen eller den myndighet regeringen utser befogen-
heten att stifta gällande föreskrifter för att tillgodose ellagen [11]. Ge-
nom olika förordningar som exempel elförordningen, starkströmsför-
ordningen, svagströmsförordningen och elinstallatörsförordningen ges
bestämmande och beslutande rätt i elfrågor och stiftande av föreskrifter,
till olika myndigheter. Exempelvis elförordningen där energimarknads-
inspektionen är utsedd till nätmyndighet. Elsäkerhetsverket som ansva-
riga för elsäkerhet, handläggning av elinstallatörs behörighet och mark-
nadskontroll på elektriska material. Utifrån förordningar och lagar har
myndigheterna stiftat gällande föreskrifter. Exempel är elsäkerhetsver-
kets starkströmsföreskrift ELSÄK-FS 2008.
I och med Sveriges medlemskap i EU och andra internationella samar-
beten för gemensam elsäkerhet, installation och praxis, har trenden varit
att flytta över upprättandet av ny gällande riktlinjer och bestämmande i
sakfrågor mot branschorganisationer och deras standarder. Trenden
syns t ex i tillägg i starkströmsföreskiften från 2008 [12] jämfört mer den
från 1997 där kapitel 2 beskriver om god elsäkerhetsteknisk praxis:
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
19
1 § En starkströmsanläggning ska vara utförd enligt god elsäkerhetsteknisk
praxis så att den ger betryggande säkerhet mot person- eller sakskada på grund
av el.
Om svensk standard tillämpas som komplement till föreskrifterna anses
anläggningen utförd enligt god elsäkerhetsteknisk praxis om inget annat
visas. Om en anläggnings utförande helt eller delvis avviker från svensk
standard ska de bedömningar som ligger till grund för utförandet
dokumenteras.
Med dessa tillägg är det yttersta avgörandet i sakfrågor i elkraftsområde
förlagt på branschorganisationen Svenska elektriska kommissionen.
Sakfrågor kan exempelvis vara minsta kabelarea som får användas på
jordtagsledare.
2.8 Standarder
Utifrån gällande föreskrifter från myndigheter och förordningar från re-
gering har myndigheter och branschorganisationer tagit fram standar-
der. En standard är en norm som gäller för samtliga aspekter av en sak.
Syftet med standarder är att om ett utförande uppfyller specifikation-
erna anses bakomliggande föreskrifter var uppfyllda. Standarder kan
delas in i tre typer [9]:
• Grundstandard
• Produktstandard
• Systemstandard
Grundstandarder avser informationsutbyte för att minska risken för
missförstånd. Detta genom bestämning av symboler och beteckningar
samt hur dessa ska användas. I grundstandarder har det utarbetats ex-
empelvis terminologi, symboler, schema- och ritningsregler samt stor-
heter [9].
Produktstandarder avser att beskriva produkters uppfyllandekrav vad
gäller provning och märkning. De kan t ex avse material, komponenter
och utrustning. [9]
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
20
Systemstandarder avser att anpassa olika system till varandra och ger
utbytbarhet i en anläggning. Som exempel är säkringar är anpassade till
säkringshållare, ventiler till rörsystem eller det färdigskurna brödet pas-
sar i brödrosten.
Standarder finns inom olika branscher och ges ut av olika myndigheter
och företag. I Sverige finns exempelvis Standardiseringskommissionen i
Sverige (SIS) eller Standard solution group (SSG). Baserade på standar-
der ger vissa myndigheter som Transportstyrelsen och Svenska kraftnät
ut riktlinjer som bearbetning och sammanslagning av standarder. När
det gäller elektriska standarder utarbetas dessa av Svenska elektriska
kommissionen (SEK).
Vissa av de svenska standarderna utarbetas tillsammans i internation-
ella arbete. Som exempel är SIS medlemsorganisation i International
electro technical commission (IEC), Comité Eorpéen de normalisation
electro technique (CENELEC) eller International organization for stan-
dardization (ISO). [13],[14]
En elstandard utgiven av SIS och SEK benämns Svensk standard (SS)
och från CENELEC benämns Europa norm (EN). En svensk standard är
namngiven enlig följande:
SS-XX-xxxxx
Där XX är om standarden återfinns som internationell standard t ex EN
eller IEC och xxxxx är en nummer kod. Exempelvis SS-EN 50522, vilket
är antagen som både europeisk och svensk standard och avser stark-
strömsanläggningar med nominell spänning överstigande 1 kV växel-
ström, vilken kommer att refereras till i rapporten [9].
2.8.1 Standarder och regler som berör detta projekt
Det finns ingen klar standard för vindkraftparker och jordningssystem i
bergig och varierande terräng. Gällande standarder för detta projekt är
starkströmsanläggningar SS-EN 61936-1 kompletterat med jordning SS-
EN 50522 som tillsammans är en nyare utgåva av den äldre standarden
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
21
SS 421 01 01 vars giltighet utgår i november 2013. Även Svenska kraft-
näts tekniska riktlinje TR berörs.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
22
2.9 Uppbyggnad av vindkraftparken vid Mörttjärnberget
Hädanefter benämns Mörttjärnbergtet som MTB. Parken kommer att be-
stå av 37 verk, två ställverk, en 220 kV kraftledning, ca 3 mil väg med
nedgrävt kabelnät samt 29 kabelskåp. Parken är belägen ca 1 mil från
befintlig stamnätskraftledning 220 kV KL1. KL1 var den första 220 kV
ledningen i Sverige och invigdes 1936 och överförde kraft från Norrland
till södra Sverige [15]. Detta var början till det svenska stamnätet. Vid
stamnätsledningen är en ny kopplingsstation uppförd kallad Bräcke, hä-
danefter benämnt Bräcke station. Därifrån är en ny kraftledning nämnd
KL19 framdragen till transformatorstationen i parken, benämnd MTB
station. Kraftledningen och stationerna beräknas vara driftsatt vecka 33
2013. Driftspänningen är 220 kV från stamnätet till nedsidan av transfor-
matorn i MTB station, där uppsidan är 33 kV.
Felströmmar i MTB transformatorstations direktjordade delar är beräk-
nade till 5 734 A. I Bräcke omkopplingsstation till 6 702 A samt längs
kraftlina KL19 i intervallet 5734-6702 kA.
Vindkraftverken i parken är inkopplade mot MTB station via kablage i
parallellt med det interna vägnätet. Se Figur 9.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
2 Bakgrundsmaterial
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
23
Figur 9. MTB:s interna vägnät.
2.10 Internt elnät och längsgående jordlinenät
Vindkraftverken är ihopkopplade med MTB station indelade i fem delar
kallat radialer. Till varje radial är 7 eller 8 vindkraftverk inkopplade.
Radialerna är namngivna L1A, L1B, L1C, L1D och L1E. Vindkraftverken
är kopplade till stationen via kabel följande de interna vägnätet i
parken. Se Bilaga A: Områdesbeskrivning.
Kabeln är förlagd i skyddsrör i körbana eller i innerslänt. Kabeln
förbinder verk, kabelskåp, skarvgropar och station vilket bildar ett
utbrett kabelnät. Jämngående med kabelnätet är en 50 mm2 blank
kopparlina förlagd på ca 0,5 meter djup. Kopparlinan bildar ett utbrett
längsgående jordlinenät bestående av ca 24 km kopparlina. Se karta
över jordlinenät med kabelskåp och skarvgropar i bilaga A.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
3 Metod
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
24
3 Metod Underlaget till utredningen har varit en litteraturstudie i ämnesområdet,
utvärdering av modeller framtagna utifrån litteraturstudien samt praktiskt
utförda mätningar.
I litteraturstudien har förekommande forskningsartiklar, webbreferenser
och litteratur sammanställts. Alla refererade källor har varit användbara
och har bekräftat samt kompletterat tidigare känd information.
Tre modeller för ställverken Bräcke och Mörttjärnbergets stationsjord har
tagits fram med stöd av denna litteraturstudie. Och fyra modeller för den
längsgående jordlinan i det internt elnät i vindkraftparken har tagits fram,
baserat på olika teorier.
Samtliga modeller resulterar i ett antal beräknade värden på jordtagens re-
sistivitet mot sann jord. Utifrån dessa värden samt värde från mätning av
verkliga jordtagsvärden har slutsatser dragits.
3.1 Modellering
Stationsjorden är modellerad med en modell men där tre olika formler
utvärderas. Modellen bygger på att approximera de jordlinor som för-
binder alla metallföremål med varandra inom stationsområdet i ett rut-
nät i mark, till ett homogent rutnät. Exempel på dessa jordlinor är jordli-
nor till staket, grind, fundament och stolpar. I verkligheten har Bräcke
och MTB stationerna inte ett helt homogent rutnät över stationsområdet.
Men denna approximation är nödvändig, då de formler som identifie-
rats i litteraturstudien bygger på homogena rutnät. Modell är att ap-
proximera stationernas jordlinor i mark till homogena rutnät och be-
räkna dessas jordtagsvärden med tre olika formler. Resultatet av detta
jämförs med verkligt uppmätt värde, och utvärderas i diskussions- och
slutsatskapitlen. Stationsjordtagen är även kompletterade med horison-
tell jordlina med jordningsspett utanför området vilket kommer att på-
verka det uppmätta värdet vilket givetvis måste tas med i beräkning-
arna. Formler för detta är hämtade från Svensk standard. Anledningen
till att jordtagen har kompletterats på detta sätt var för att förbättra kon-
takten med sann jord. De kompletterande horisontella jordlinorna och
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
3 Metod
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
25
spetten är belägna utanför stationsområdet och anses vara approxima-
tivt opåverkade på varandra och stationsområdet. Och kan därefter be-
räknas som parallella motstånd mot sann jord med jordningsrutnäten.
De beräknade jordtagsvärdena är beräknade på de två stationer, Bräcke
och MTB stationer. Fler stationers jordtagsvärden och byggdokumentat-
ion fanns inte att tillgå under projektet.
Den längsgående jordlina är modellerad med fyra modeller där de tre
första bygger på att endast modellera resistansen mot sann jord och den
fjärde modellen är baserade på läkande transmissionsteorin. Modelle-
ring av de längsgående jordlinenätet är endast utfört på MTB:s vind-
kraftparks längsgående jordlinenät. Fler fanns inte att tillgå under pro-
jektet uppmätta värden.
3.2 Utvärderingstest starkströmsmetoden
För att utreda vad det verkliga jordtagsvärdena är och jämföra med mo-
dellerna. Har dessa mätts och beräknats enligt starkströmsmetoden. Stark-
strömsmetoden ur SS 421 01 01 eller SS-EN 50522 innebär att:
Genom att driva en växelström med i huvudsak systemfrekvens mellan
jordningssystemet och en avlägsen jordelektrod, leder det den i jordnings-
systemet inmatad provström IM till en potentialstegring i jordningssyste-
met. Med en mätreferens som anses vara tillräckligt långt från jordnings-
systemet att den inte påverkas av potentialstegringen vilket anses vara
minst 5 km om möjligt, kan potentialstegringen mätas.
Impedansen till jord beräknas därefter av
𝑍𝐸 =𝑈𝐸𝑀
𝐼𝑀∗𝑟
där
UEM är den uppmätta spänningen mellan jordningssystemet och en
referensjord utanför dess område
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
3 Metod
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
26
IM är uppmätt provström i ampere
r är reduktionsfaktorn för ledningen eller kabel till fjärrjordelek-
trod. För luftledning utan jordledare och kablar utan skärm el-
ler armering är r = 1.
[16]
3.2.1 Mätning av Bräcke station
Vid mätning av Bräcke station med starkströmsmetoden utnyttjades
SVK:s 220 kV stamnätskraftledning KL1 från Krångede ställverk i Ra-
gunda kommun till Ljusdals ställverk i Ljusdal kommun. Se Figur 10.
Figur 10. Ställverksstationers placering i stamnätet.
Faslinorna på KL1 var inte i drift under mätningen utan är brutna och
frånskilda med brytare och frånskiljare i både Krångede som Ljusdal
station från övriga stamnätet samt arbetsjordade i bägge ändar. Ledning
Nya Bräcke
station
Faser jordade i
Krångede station
Faser jordade i
Ljusdal station
KL1
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
3 Metod
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
27
KL19 från Bräcke station till MTB station var också arbetsjordade i MTB
men inte i Bräcke för användning som referens mot sann jord. I detta
läge drevs med extern generator en ström från Bräcke station genom en
fasledning till Ljusdal och Krångede stationer. Inkopplingen mot fasle-
daren i Bräcke station skedde via tillfälliga jordningstänger från fasle-
dare till generatoruttag. I Ljusdal och Krångede stationer går strömmen
ned i jord via deras jordtag och tillbaka till Bräcke station via sann jord i
jordskorpan och upp genom jordtaget i bräcke station samt åter till ge-
nerator. Se Figur 14 för förtydligande illustration över systemet.
Figur 11. Mätningsillustration av Bräckestation.
Strömmen medför en potentialhöjning i marken i jordtagsområdenas
närhet genom ökad strömtäthet. Lika som vid stegspänningar beskrivet
i teorikapitlet. Mätningen av höjningen gjordes med stationen i Mört-
järnberget som referensjord genom KL19. Avståndet mellan Bräcke och
Mörttjärnbergets stationer är ca 1,1 mil vilket är över rekommendat-
ionen om minst 5 km beskrivet i stycke 3.2. Avstånden Bräcke -
Krångede är över 4 mil respektive Bräcke - Ljusdal är över 10 mil. Då
inget minsta avstånd anges i standarden SS 421 01 01 eller SS-EN 50522
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
3 Metod
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
28
anses dessa avstånd vara som beskrivet ”avlägsna jordelektroder” för
denna mätning.
3.2.2 Mätning av Mörtjärnbergets transformatorstation.
Mätning av jordtagsvärdet av MTB station utfördes med en strömslinga
via en fasledare till de benämnt i standarden beskrivna ”avlägsna” (ca
11 km i detta fall) Bräcke station. Som referensjord användes en jord-
spett placerat 400 m nordost om stationen. Avståndet och riktningen
uppmättes genom att vid givet intervall ca 50 m ut från stationen, mäta
potentialskillnaden mellan stationsområdet och den platsen. Där poten-
tialskillnaden inte ökar med ökat avstånd från stationen befinner sig re-
ferensjorden utanför det spridningsområde som strömmen har, alltså
sann jord. Riktningen kommer utav att den är ca 90 grader ut från ett
fiktivt område mellan MTB station och Bräcke station där den bety-
dande delen av strömmen antas passera vilket är kortaste vägen mellan
dessa punkter. Detta område antas ha en potentialhöjning på grund
utav strömmen och därför lämpar det sig inte att placera referensjorden
i detta område. Minst 90 grader från mitten av detta område antas vara
utanför och lämpligt att placera referensjorden. I detta falla var det inte
möjligt att ha en referens minst 5 km från stationen som standarden an-
tyder. Två mätningar görs i detta fall ett med längsgående jordlinenät
bortkopplat samt med det inkopplat.
Den insamlade informationen har granskats, bearbetats och sammanställts
till ett antal modeller som redovisas i nästa kapitel.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
29
4 Modeller Modeller har utarbetats som ett resultat av den litterära studien för att
utvärdera möjlighet att skapa modeller av längsgående jordlina längs
interna elnätet samt stationsjord med en approximation av jordlinor i
rutnät, dok kompletterat med jordspett. Detta för att kunna beräkna ap-
proximativa jordtagsvärden. Modellerna redovisas utförligt i detta kapi-
tal med inledningsvis modell för stationsjord, följt av fyra modeller för
längsgående jordlina som förbinder samtliga verk med MTB station,
modell 1,2,3 och 4.
4.1 Modell stationsjord
Stationsjorden, är jordningen av alla spänningsförande delar inom ett
stationsområde. I både Bräcke och MTB är de konstruerade efter SVK:s
riktlinjer TR och svensk standard för ställverk och högspänningsanlägg-
ning. Vilket innebär att samtliga spänningsförande delar är sammanjor-
dade, staket, grindar, fundament och stolpar med blank kopparlina i yt-
marklagret av stationsområdet på ca 0,5 m djup. De sammanjordade de-
larnas jordlinor bildar rutnät av jordlinor i marken.
Modellen är att utvärderar det approximativa värde som fås om jordli-
nerutnätet anses vara homogent. Det har antagits att både Bräckes och
MTB:s jordlinerutnät är homogena rutnät. I verkligheten är dessa inte
homogena men de har antagits vara homogena, för att kunna beräkna
approximativa värden.
Tre olika formler som har utvärderats för beräkning av de homogena
jordlinerutnät är [17]:
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
30
𝑹 =𝝆
𝟒√
𝝅
𝑨 (Ω) Dwights formel (2)
𝑹 = 𝝆𝟒
√𝝅
𝑨+
𝝆
𝑳 (Ω) IEEE std 80 formel (3)
𝑹 = 𝝆 [𝟏
𝑳+
𝟏
√𝟐𝟎𝑨(𝟏 +
𝟏
𝟏+𝒉√𝟐𝟎
𝑨
)] (Ω) Sveraks formel (4)
Där R är motståndet i Ω, ρ är markresistiviteten i Ωm, L är längden av
samtliga ledare i m och A är arean rutnätet spänner över i m2.
Formlerna beräknar R genom DC-resistans i ledaren och dess kapacitans för
homogena rutnät av ledare mot mark, beroende på längd mellan maskor, den
area som varje maska utgör samt ledarens tjocklek. Genom vissa antaganden
och med en numerisk metod förenklas de till formlerna 2,3 och 4. Resistansen
hos jordningssystemet antas ha en linjär relationen mellan motstånd och
kapacitans med konstanten ε0 permittiviteten i vacuum och markresistiviteten.
Vilket gör att det kan förenklas. Den första formeln (2) tar endast hänsyn till
den area som nätet spänner över.
𝑅 =𝜌
4√
𝜋
𝐴 (Ω) Dwights formel (5)
Masktätheten i nätet har betydelse för jordtagsvärdet och med en utveckling av
formeln (2) fås:
𝑅 =𝜌
4√
𝜋
𝐴+
𝜌
𝐿 (Ω) IEEE std. 80 formel (6)
Där även hänsyn till masktätheten tas genom att addera den sammanlagda
längden av alla ledare i nätet. Denna formel är den rekommenderade att
använda, i amerikanska standarden i IEEE.
Utvecklas formeln ytterligare till att även ta hänsyn till de förläggningsdjup
ledarna är förlagda på blir formeln enligt följande.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
31
𝑹 = 𝝆 [𝟏
𝑳+
𝟏
√𝟐𝟎𝑨(𝟏 +
𝟏
𝟏+𝒉√𝟐𝟎
𝑨
)] (Ω) Sveraks formel (7)
Alla tre formler bygger på enlagers jord, vilket innebär att jorden har homogena
markresistiva egenskaper där jordlinorna är förlagda. Således tas inte hänsyn till
om det är flera olika markresistiva lager i jorden. Om detta skall tas hänsyn till
krävs analysmetoder som det bedömts kräva avancerad programvara med
datorstöd, vilket inte varit tillgängligt i projektet.
Utöver de jordlinerutnät som ingår i Bräckes respektive MTB:s stations-
jord är de kompletterade med jordspett och horisontella ytjordtag. Jord-
spetten och ytjordtagen är förlagda utanför stationsområde i vad som
ansetts vara lägre markresistivitetsområde, förekommande är vad som
antytts på ytan var blöthål och lera. Ett jordspätts resistivitet mot sann-
jord beräknas med formel:
𝑅 =𝜌
2𝜋𝐿𝑙𝑛 (
4𝐿
𝑑) (Ω) (8)[9]
Där R är motståndet i Ω, ρ är markresistiviteten i Ωm, L är längden på
spettet i m och d är diametern i m.
Spetten antas vara förlagda på ett avstånd ifrån varandra och stations-
området att det antas att de inte påverka varandra nämnvärt.
Stöd för att approximera att se rutnäten som symmetriska finns i Vatten-
falls jordningskommittés rapport Jordning av stationer och ställverk:
” 1.1.3 Anordning av stationsjordtag”
Jordtagssystemet bör byggas upp av ett rutnät i markytan och av ett elek-
trodsystem som ligger djupare.
Man anordnar ett marklinenät inom inhägnat område, med ett nå-
gorlunda symmetriskt rutnät. För en större station bör antalet rutor vara
ca 25 st. För en mindre station kan antalet rutor vara ca 16 st. En ökning
av antalet rutor ger en marginell minskning av stationens jordtagsresi-
stans. Marklinenätet förläggs på minst 0,5 m djup.” [18]
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
32
MTB station är efter första mätningar kompletterad med ytterligare ho-
risontella ytjordtag därför att det ansågs ge för höga värden. Därför har
den utvärderats i båda dessa utföranden, före komplettering och efter.
4.1.1 Bräcke kopplingsstation
Modellen för stationsjord har också används på Bräcke stations jordline-
rutnät och formler 2,3 och 4 har används för att räkna ut approximativa
jordtagsvärden. Formel 5 har används för de kompletterande jordspett
som ansetts opåverkade och beräknade som parallella motstånd.
Bräcke station är belägen intill sjön Gråssjön på fuktig och vattenrik
skogsmark. Markutfyllnad är gjord med grus och sand. I tabell 1 nedan
följer beräkningar av jordlinerutnätets bidrag till Bräcke stations jord-
tagsvärde. Varje värde på de ingående parametrarna har en uppskattat
varians och de max och min värden det ger. Beräkningarna är uträknade
för både de uppskattade värdet samt max och min värden för de tre
formlerna 2, 3 och 4. De övre värdena är ingående parametrar och nedre
resultatet.
Tabell 1. Parametrar och beräknat jordtagsvärde jordlinerutnät i Bräcke.
L (m) ρ (Ωm) A (m2) h (m)
Värde 1230 500 4558 0,5
Varians± 10 200 10 0,05
Max 1240 700 4588 0,55
Min 1220 300 4528 0,45
R (Ω) Max (Ω) Min (Ω)
3,67 5,11 2,21 (2) Sveraks formel
3,28 4,58 1,97 (3) Deights formel
3,69 5,15 2,22 (4) IEEE std 80 formel
Värdena L, A och h kommer från ritningsunderlag för Bräcke station.
ρ är uppskattat utifrån observation av markytans innehåll och markre-
sistiviteter i tabell 2.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
33
Tabell 2. Markresistivitet i olika typer av mark. [19]
Marken runt Bräcke station är en blandning mellan lerjord och skogs-
mull. Med ett lager av markduk, grus och sand uppskattas den genom-
snittliga markresistiviteten ρ till 500 Ωm.
Till stationens jordlinerutnät är två jordningsspett installerade nära
sjöns strandkant vars bidragande jordtagsvärde om dessa anses vara
oberoende av jordlinerutnätet vara 33,66 Ω se tabell 3.
Tabell 3. Beräknat jordtagsvärde jordningsspett.
ρ (Ωm) L (m) d (m) R(Ω)
Antaget Värde 50 1,2 0,03 33,66
Varians± 20 0,02 0,001
Max 70 1,22 0,031 46,20
Min 30 1,18 0,029 20,60
Värdena L och d kommer från ritningsunderlag för Bräcke station.
R är beräknat utifrån formel 5, ρ är uppskattat till 50 Ωm, dessa är
placerade intill sjön Gråssjön i lerig mark.
Jordspett och jordlinerutnät antas vara icke påverkande på varandra och
kan därför beräknas som det totala värdet av tre parallella motstånd
mot sann jord. De totala beräknade jordtagsvärdet ses i tabell 4.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
34
Tabell 4. Beräknat totalt jordtagsvärde vid parallellkoppling, Bräcke.
Jordtagsvärde (Ω) Max (Ω) Min (Ω)
3,01 3,92 1,95
2,75 3,60 1,77
3,03 3,94 1,96
4.1.2 MTB transformatorstation före komplettering
MTB:s transformatorstation är belägen på berget Mörttjärnberget. Om-
kringliggande mark är varierande torr och fuktig skogsmark. Stations-
området står på berggrund med utfyllnad av makadam.
I tabell 5 nedan följer beräkningar av jordlinerutnätets bidrag till MTB
stationens jordtagsvärde. Varje värde har en uppskattad varians och för
de max och min värden de ger. Beräkningarna är uträknade för både de
uppskattade värdet samt max och min värden för formlerna 2, 3 och 4.
Tabell 5. Beräknat jordtagsvärde på jordlinerutnät i MTB station utifrån formler 2, 3
och 4.
L (m) ρ (Ωm) A (m2) h (m)
Värde 530 4000 1278 0,3
Varians± 10 1500 10 0,05
Max 540 5500 1288 0,31
Min 520 2500 1268 0,29
R (Ω) Max (Ω) Min (Ω)
Värde 56,68 77,54 35,61 (2) Sveraks formel
Max 49,58 68,00 31,07 (3) Deight formel
Min 57,13 78,19 35,87 (4) IEEE std 80 formel
Värdena L, A och h kommer från ritningsunderlag för MTB station.
ρ är uppskattat utifrån observation av markytans innehåll och Tabell 2.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
35
Likt Bräcke station är MTB:s jordtag utfört med två kompletterande
jordspett. Dess jordtagsvärde är beräknat med formel 2 i tabell 6 nedan,
med max och min värden.
Tabell 6. Beräknat jordtagsvärde jordspätt, MTB.
ρ (Ωm) L (m) d (m) R(Ω)
Värde 200 1,2 0,05 121,07
Varians 100 0,001 0,001
Max 300 1,206 0,051 180,12
Min 100 1,194 0,049 61,04
Det totala jordtagsvärdet för MTB:s stationsjord är beräknad enligt pa-
rallellkoppling för motstånd för jordlinerutnätet och två jordspett. Be-
räkningarna ses i tabell 7 med värdet samt max och min värde.
Tabell 7. Beräknat totalt jordtagsvärde vid parallellkoppling av jordlinerutnät samt
två jordspätt, MTB.
Jordtagsvärde (Ω) Max (Ω) Min (Ω) Formel 29,27 34,00 22,42 (6) Sveraks formel
27,26 32,03 20,53 (7) Deight formel
29,39 34,12 22,53 (8) IEEE std 80 formel
4.1.3 MTB transformatorstation efter komplettering
Vid första mätning av MTB stations jordtagsvärde vara detta över van-
ligt förekommande värden på 1-10 Ω [18]. Med anledning av detta kom-
pletterades MTB stationsjordtag med två stycken 125 m horisontella
blank jordlinor ut från stationsområdet. Förlagd i mark som ansågs som
ha så låg markresistivitet som området uppgav, blöthål och
ler områden. Dessa två linor anses vara opåverkade av varandra och öv-
riga stationsjordtag. Nedan följer beräkningar för det kompletterande
jordtaget. Där stationsområdet anses ha samma värden som vid modell
MTB transformatorstation före komplettering, se kapitel 4.1.2.
I
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
36
tabell 8 nedan följer beräkningar på de kompletterande horisontella yt-
jordtagen. Värdet för en 125 m blanklina är beräknade med fyra olika
formler:
𝑹𝒈𝟏 =𝟐𝝆
𝑳 (9)[20]
𝑹𝒈𝟐 =𝝆
𝝅𝑳[𝐥𝐧 [
𝟒𝑳
𝒅] − 𝟏] (10)[20]
𝑹𝒈𝟑 =𝝆
𝝅𝑳[𝐥𝐧 [
𝟒𝑳
√𝒅𝒉] − 𝟏] (11)[22]
𝑹𝒈𝟒 =𝝆
𝟐𝝅𝑳[𝐥𝐧 [
𝑳𝟐
𝟐𝒅𝒉] − 𝟎, 𝟔] (12)[23]
Tabell 8. Motstånd mot sann jord för 125 m horisontellt ytjordtag MTB station.
q (Ωm) L (m) d (m) h (m) Värde 139 125 0,0040 0,5
± 25 5 0,0001 0,1
R (Ω) ± (Ω) Formel 2,22 0,31 1
3,80 0,54 2
2,95 0,39 3
5,16 0,67 4
Värdena L, d och h kommer från ritningsunderlag för MTB station.
ρ är uppskattat utifrån observation av markytans innehåll och Tabell 2.
Linorna ansågs som kortare linor att den inre resistansen ansågs försum-
bar.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
37
Det totala motståndet mot sann jord är beräknat som det parallella mot-
ståndet för jordlinerutnätet, kompletterande två jordspett och två hori-
sontella ytjordtag. Se tabell 9, där resultatet är jämfört med samtliga fyra
formler för horisontella ytjordtag och de tre formlerna för jordlinerutnät.
Varje resultat är följt av en uppskattad varians inunder.
Tabell 9. Totalt motstånd mot sann jord för stationsjord med kompletterande
jordspett och horisontella ytjordtag.
Formel 1 2 3 3 R (Ω) 1,09 1,84 1,44 2,47
Sveraks formula ± (Ω) 0,16 0,27 0,20 0,35
R (Ω) 1,09 1,83 1,43 2,45 Deight formula
± (Ω) 0,16 0,28 0,20 0,35
R (Ω) 1,09 1,84 1,44 2,47 Laurent and Nieman formula or IEEE std 80 formula
± (Ω) 0,16 0,27 0,20 0,35
4.2 Modeller längsgående jordlinenät
Fyra modeller har framtagits för det längsgående jordlinenätet följande
interna vägnätet i parken, som förbinder MTB stationen med vindkraft-
verken. Ett antal formler för beräkning av jordtagsvärde på längsgående
jordlina har identifierats under litteraturstudien vilka samtliga har ut-
värderas i modellerna. En utvärdering av dessa formler kommer i dis-
kussionskapitlet.
I de tre första modellerna har beräkning gjorts på fyra olika formler för
att utvärdera dessa. Formlerna är följande:
𝑅𝑔1 =2𝜌
𝐿 (13)[20]
𝑅𝑔2 =𝜌
𝜋𝐿[ln [
4𝐿
𝑑] − 1] (14)[20]
𝑅𝑔3 =𝜌
𝜋𝐿[ln [
4𝐿
√𝑑ℎ] − 1] (15)[22]
𝑅𝑔4 =𝜌
2𝜋𝐿[ln [
𝐿2
2𝑑ℎ] − 0,6] (16)[23]
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg and MårtenSjöström.
38
Modell fyra bygger på formler till läkande transmissionslinjeteorin.
4.2.1 Modell längsgående jordlinenät 1
Modell 1 bygger på att det utbredda jordlinenätet som följer interna
vägnätet i parken och förbinder alla verk med varandra och station, har
ett jordtagsvärde motsvarande det från en enda kopparlina. Längden på
denna enda kopparlina motsvarar den sammanlagda längden av alla
kopparlinor i jordlinenätet tillsammans. Det längsgående jordlinenätet
har flertalet kopplingspunkter och i dessa kommer flertalet närliggande
jordlinor att påverkar varandra och hämma effekten av deras parallella
resistivitet mot jord. På vilket avstånd två närliggande jordlinor
påverkar varandra märkbart är inte utrett i denna rapport. Det har
antytts att avståndet kan vara 20 - 80 meter men då inga källor kunnat
bekräfta detta eller storleken på denna effekt och dessa avstånd inte
utgör en betydande del av det totala avståndet har detta fel inte
beaktats. Utan alla jordlinor anses opåverkade av varandra och den inre
resistansen antagits vara opåverkade. I Figur 12 ses en karta över det
längsgående jordlinenätet.
Jordningssystem av vindkraftpark i
bergig terräng - Utformning av
teknisk riktlinje för jordning av
vindkraftsparker i bergig terräng
genom modellering av
jordningssystem.
Tomas Wiklund
4 Modeller
2018-08-31
Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by